Mekatronik Yapı Elemanları

Mekatronik Nedir?

Mekatronik ; mekanik,elektrik-elektronik,bilgisayar ve bilgi teknolojilerini bir arada kullanarak endüstriyel ürünleri tasarlamayı ve üretmeyi amaçlayan yeni bir disiplindir.Mekatroniğin temel bilgileri ; elektrik –elektronik sistemler,mekanik sistemler,bilgi sistemleri,bilgisayar sistemleri

Mekanik Sistemler:Güç ileten, değiştiren veya biriktiren ve bu şekilde faydalı bir iş yapabilme kabiliyetine sahip olan yapılardır.Ör:Kremayer Mekanizması:Doğrusal hareket ,dairesel hareketler yada dairesel hareketleri doğrusal harekete dönüştürür.

Elektrik-Elektronik Sistemler

Elektrik motorları sensörler ve aktuatörler sinyal işleme ve yükseltici devreler, röleler,swiçler sigortalar vb.

Bilgi Sistemleri

Yapay sinir ağları ve bulanık mantık

Bilgisayar Sistemleri

Bilgisayar sistemi iki ana bölümden oluşur. Bunlardan biri donanım kısmını içine alan hardware,diğeri ise yazılıma karşılık gelen softwaredir.

Örn: CNC Takım Tezgahları ,Bulaşık Makinesi,fotokopi,garaj kapısı,ABS/ASR sistem

Sistem Kavramı: Belirli bir amacı sağlayan bir bütün oluşturacak biçimde fonksiyonel bağlantıları bulunan etkileşimci yada ilişkili elemanlar kümesine “sistem” denir.

Ör: Kontrol Sistemi (merkezi ısıtma tesisi kontrol sistemi) Ölçme Sistemleri(Termometre)

Modelleme ve Simülasyon: Modeller Gerçek mekatronik sistemlerin sadeleştirilmiş şeklidir.

Ölçme Sistemleri: Ölçme sistemleri genelde üç temel elemandan oluşur. Bunlar:sensör(algılayıcı),sinyal işleyici ve kaydedicidir.

Sensörler(Algılayıcılar):Fiziksel bir giriş büyüklüğünü genellikle bir voltaj olan çıktıya dönüştürülen bir sezgi elemanıdır.

Sinyal İşleyici: Sensörden aldığı sinyali göstergede okunabilecek yada kantar sisteminin kullanabileceği şekle dönüştürerek kaydeder.

Gösterge(Kaydedici):Sinyal işleyicinin çıktısının görüntülendiği ve kaydedildiği kısmıdır. Alarm sisteminde temelde ölçme sistemini esas alır. Sıcaklık, akım, voltaj, ağırlık gibi herhangi bir fiziksel büyüklük belli bir değerin üstüne çıktığında veya altına indiğinde sistem alarm verir.

Alarm Göstergesi:Sensörden analog bir girişi sinyal işleyici vasıtasıyla bir onn/off sinyale dönüştürerek alır ve gösterir.

Konum ve Hız Ölçümü:Robotlar,CNC takım tezgahları vb gibi mekatronik sistemlerde en çok karşılaşılan konum ve hız ölçümüdür.Çünkü sistemin davranışını kontrol edebilmek için onun farklı kısımlarının hangi konumda ve hızda olduğunu bilmemiz gerekir.

Örnekler:Takınlık sensörleri ve sınır anahtarları mekatronik sistemin elemanlarının hareketinde istenilen sınıra ulaşığ ulaşmadığını ölçer.

-Doğrusal yer değiştirmeler yine analog olarak ölçülme işleminde doğrusal değişken diferansiyel dönüştürücü(VDT) lerde kullanılmaktadır.

Hız Ölçümleri:Belli zaman aralıklarında ardışık konum ölçümleri alınarak ve konumdaki değişim zamana bölünerek elde edilebilir.Ör:Takometre

Titreşim ve İvme Ölçümü:Mekatronik sistemlerdeki titreşimleri ölçmek için genellikle ivme ölçer(Akselerometreler)kullanılır.

Çalışma Prensibi:Titreşimi ölçülerek hareketli cisme yay ve damper vasıtasıyla bağlanan ilave kütlenin atalet etkisine dayanır.

Kuvvet,Gerilme ve Şekil Değiştirme Ölçümü

Dış yükler etkisindeki zorlamalar karşısında makine elemanlarının maruz kaldığı gerilme ve şekil değiştirmelerin ölçülmesi gerekir.Kuvvet,Şekil Değiştirme ve Gerilmelerin ölçümünde “Strain Gage” ler kullanılmaktadır.

Kuvve ölçümü için ise genellikle loadcell (yük hücreleri) kullanılmaktadır.Yük hücresi yüzeyine Strain Gage yapıştırılmış esnek elemanlardan oluşmaktadır.Ör:Elektronik Terazi

Sıcaklık Ölçümü:Basınç,hacim,elektrik direnci ve malzemelerin şekil değiştirmesi gibi fiziksel olaylar sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir.Sıcaklık Ölçümünde,fiziksel olaylardaki değişimler ölçülerek fiziksel bağlantılarla sıcaklık değişimine dönüştürülmekte böylece sıcaklık dolaylı olarak ölçülmektedir.Ör:Termometre Hacim değişimi ile sıcaklık ölçümü

Basınç ve Akış Ölçümü:Genelde basıncı bir yer değiştirme veya şekil değiştirmeyi esas alarak ölçerler.Akışkanın yer değiştirmesini algılayarak statik basıncı veya basınç farkını ölçer.U tipi manometrelerdir.

Akış ölçmek içinde birçok teknik vardır.Pitot tipleri gibi elemanlarla sıvının hızı ölçülür.Sıvı miktarı ise menfez,lüle,venturimetre,savaklar veya dar kesitli cihazlarla ölçülür.

Sensörler ve Sinyal İşleme

Yerdeğiştirme,hız,ivme,mesafe,kuvvet,gerilme,sıcaklık,basınç,akımdır.Sensörler ve transistörlerde bu büyüklüklere göre isimlendirilmektedir.

Sensörler

Yerdeğiştirme,Hız ve İvme Sensörleri

Takım tezgahları,kalite kontrol cihazları ve paketle makinaları gibi birçok mekatronik sistemde yaygın olarak kullanılmaktadır.Yerdeğiştirme;doğrusal ve açısal olmak üzere iki türlü yapılmaktadır.Doğrusal yerdeğiştirme sensörleri;bir malzemenin kalınlığı,bir parçanın biryerde olup olmadığını yada boyutlarını belirtmek gibi işlemlerde kullanılmaktadır.Açısal yerdeğiştirme sensörleri ise millerin açısal yer değiştirmelerini işleme üzere kullanılmaktadır.Ör:Potansiyometreler,Strain Gage ler,optik ve mutlak enkoderler promotik sersörler ve diferansiyel transformatörler kullanılmaktadır.Doğrusal ve açısal hızlardaki hız değişimini izlemek üzere “Artırımlı kodlayıcalar” ve Takajenaratörler kullanılmaktadır.

Takajenaratörler:

Hız ölçümünde yaygın olarak kullanılan bir hız transdüseridir.

Kuvvet ve Gerilme Sensörleri:

Strain Gage,LVDT ,Potansiyometre,Yük hücreler(Loadcell)

Sıcaklı Sensörleri:Termokupl,dirençli sıcaklık dedektörü(RTD),termistör ve cisimlerden yayılan ısıl radyasyonunun(ısınımın)ölçümünün yapıldığı pirometre kullanılmaktadır.

Termokupl:Termokupllar esas olarak farklı iki metal iletkenin uçlarından birleştirilmesiyle oluşur.

Sıcaklık Dedektörü(RTD):Bu sıcaklık sensörlerinin esası bazı malzemelerin elektrik dirençlerinin sıcaklıkla orantılı olarak artmasına dayanır.

Termistör:Termistörler yarı iletken malzemelerden yapılan sıcaklık sensörleridir.Birçok metal malzemelerin aksine ,yarı iletken lerin elektrik direnci sıcaklıkla direncin değişim oranı diğer metallere göre çok daha büyüktür.

Pirometre:Pirometreler cisimlerden yayılan radyasyonu(ısınımı)algılayarak sıcaklık ölçen sensörlerdir.

Basınç Sensörleri:Endüstriyel proseslerde basınç ölçen cihazların çoğu temelde diyaframlar,kapsüller,körükler ve tüpler gibi elastik elemanlar kullanılır.

Akış Sensörleri:Akış ölçümünde genelde kütlesel ve hacimsel debi(miktar)ölçerler ile hız propları kullanılır.Akışın hızını yada debisini ölçmekte kullanılan hacimsel debi ölçerlerden biri ise”Türbinli Debi Ölçer”,Türbinli debi ölçer,boru içine merkezlenerek,eksenel yönde yerleştirilmiş çok kanatlı bir rotordan ibarettir.

Sinyal İşleme:Algılanan fiziksel büyüklüğe karşılık olarak sensör tarafından üretilen sinyal çoğu zaman doğrudan kullanılabilecek formda değildir.Dolayısıyla bu sinyal operasyonun bir sonraki adımında kullanılabilecek özelliğe getirmek maksadıyla işlenir.